ADAS 기술을 통한 센서 데이터 결합으로 더욱 안전한 자율 주행의 실현
ADAS 기술이 긴급 제동, 전방 충돌 경고 및 회피, 사각지대 감지와 같은 중요하고 시간에 민감한 응용 분야로 확장됨에 따라, 여러 센서의 데이터를 결합함으로써 더욱 안전한 자율 주행을 위한 신뢰할 수 있는 의사 결정을 실시간으로 내릴 수 있게 되었다.
도로 표지판 읽기부터 차선 이탈 방지까지, 인공지능 보조 카메라는 이미 차량을 더욱 스마트하고 안전하게 만든 바 있다. 하지만 만약 안개가 끼어 카메라의 시야에 문제가 생긴다면 어떻게 될까?
“카메라는 물체를 인식하는 데는 좋지만 악천후나 야간에는 그다지 좋지 않다.”며, “하지만 레이더는 비, 눈 또는 안개 속에서도 계속 작동한다. 운전자 보조 시스템은 차량이 이렇듯 다양한 기술의 이점을 최대한 활용할 수 있도록 여러가지 센서를 통합해야 할 필요가 있다.”라고 TI의 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 총괄 매니저인 미로 아잔(Miro Adzan)은 말했다.
다양한 유형의 센서가 가진 이점을 활용하는 일은 단순히 다른 조건이나 응용 분야에 맞게 센서를 바꾸는 정도의 일을 말하는 것이 아니다. 쾌청한 날에 카메라는 물체의 디테일을 더 잘 포착하지만 레이더의 경우에는 물체의 거리를 더 정확하게 측정한다.
이러한 시스템이 긴급 제동, 자동 주차, 전방 충돌 경고 및 회피, 사각지대 감지 등 중요하고 긴급한 응용 분야로 확장됨에 따라, 설계 엔지니어는 신뢰할 수 있는 의사 결정을 실시간으로 내리기 위해 이러한 다양한 정보 소스를 합쳐 하나의 그림으로 만들어 내야 했다.
“자동 주차를 하려면 카메라, 레이더, 때로는 초음파의 데이터를 결합하여 차량이 주변 상황을 정확하게 파악할 수 있도록 해야 한다.”며, “이러한 센서 중 어느 것도 단독으로는 충분히 정확하지 않지만, 여러 센서를 결합하면 주변 공간을 훨씬 더 정확하게 파악할 수 있고, 그러면 이용자는 차량 손상 등의 위험 없이 훨씬 더 좁은 공간에 주차할 수 있게 된다.”라고 TI의 Jacinto™ 프로세서 총괄 매니저인 커트 무어(Curt Moore)는 말했다.
차량용 센서의 보급
첨단 안전 시스템은 더 이상 고급차의 전유물이 아니다. 미국에서 생산되는 차량의 거의 93%가 하나 이상의 ADAS 기능을 탑재하고 있으며, 9월까지 미국 신차의 99%에서 자동 비상 제동이 표준이 될 태세이다.
이러한 변화는 전체 레이더 시스템을 동전 크기의 칩에 통합하는 TI mmWave 레이더 센서와 같은 센서의 비용과 크기가 감소한 결과로 볼 수 있다.
“10년 전 레이더는 크기, 비용 및 복잡성 때문에 주로 군사용으로 사용되었다.”며, “하지만 오늘날 레이더는 자동차의 표준 부품이 되기 직전의 상황에 놓여 있다.”고 미로 아잔은 말했다.
경제적인 센서가 보급됨에 따라 새로운 응용 분야가 등장하고 있지만, 모든 데이터 스트림을 통합하고 효율적으로 처리하는 시스템을 설계하는 동시에 엄격한 경제성 및 전력 제약을 충족해야 하는 ADAS 엔지니어에게는 새로운 과제가 생겼다.
통신 과제
단일 센서 ADAS 시스템에서는 해당 정보를 즉시 사용하기 위해 물체 탐지를 위한 데이터 전처리가 센서 가까이에서 진행된다. 하지만 센서 융합을 위해서는 원시 고해상도 데이터를 중앙 장치로 즉시 전송하여 차량이 충돌을 피할 수 있는 정확한 단일 환경 모델을 형성해야 한다.
“이러한 센서 노드에서 들어오는 모든 데이터를 동기화하여 차량이 주변 상황을 파악하고 중요한 결정을 내릴 수 있도록 하는 것이 과제이다.”라며, “데이터를 압축하면 지연 시간이 발생하기 때문에 동기화된 데이터를 실시간으로 전송하기 위해서 높은 대역폭과 압축되지 않은 전송 기능이 중요하다.”고 TI의 FPD-Link™ 제품 총괄 매니저인 헤더 밥콕(Heather Babcock)은 말했다.
처음에 그래픽 프로세서에서 디지털 디스플레이로 디지털 비디오 스트림을 전송하기 위해 만들어진 FPD-Link 통신 프로토콜은 간단하고 쉽게 라우팅할 수 있는 케이블로 수 미터에 걸쳐 대량의 압축되지 않은 데이터를 전송하도록 설계되었다.
“한쪽 끝에는 매우 안전하고 강력한 독점 인코딩인 직렬 FPD-Link 스트림으로 변환되는 표준 프로토콜이 있다.”며, “이는 다른 쪽 끝에 있는 페어링된 역직렬화기와 연결되어 데이터를 원래 형식으로 재구성하고 TI의 제품 포트폴리오가 지원하는 다양한 인터페이스 프로토콜을 통해 전송된다.”고 헤더 밥콕은 말했다.
보다 효율적인 의사 결정 지원
일단 이 데이터가 중앙 프로세서에 저장된 후 이 데이터를 자동차 환경의 통합 모델로 통합하려면 일반적으로 계산 집약적인 신호 처리와 딥 러닝 알고리즘이 필요하며, 이로 인해 필요한 전력 입력과 열 출력이 증가한다.
자동차의 물리적 제약은 배터리와 냉각 인프라의 크기와 무게에 엄격한 제한을 두기 때문에 ADAS 엔지니어는 이러한 작업을 가능한 효율적으로 수행할 수 있도록 특별히 설계된 프로세서를 필요로 한다.
TI의 Jacinto 프로세서는 전용 디지털 신호 처리(DSP)와 매트릭스 곱셈 코어를 결합하여 최고 125도의 온도에서도 업계 최저 수준의 전력으로 작동한다.
“DSP와 프로세서를 칩 하나의 시스템에 통합하면 엄청난 이점이 있다.”며, “그렇지 않으면 각각의 메모리와 전원 공급 장치가 필요하여 시스템 비용이 증가한다. 또한 이러한 작업을 하나의 칩에 통합함으로써 얻을 수 있는 또 다른 장점은 지연 시간을 단축할 수 있다는 것이다.” 라고 커트 무어는 말했다.
전력 효율이 뛰어난 프로세서 외에도 센서 융합, 전방 카메라 및 도메인 컨트롤러를 위한 기능 안전 기능을 갖춘 차량용 인증 전력 관리 집적 회로는 차량 내 전반적인 전력 효율과 기능을 개선한다.
개별 부품을 넘어 ADAS 제품의 전체 생태계는 원활한 호환성을 위해 만들어졌으며, 이를 통해 자동차 제조업체는 차량의 수요와 가격에 맞게 확장할 수 있는 전체 포트폴리오를 선택할 수 있다.
“우리는 차량이 직면한 다양한 과제를 모두 염두에 두고 ADAS에 접근하고 있다”고 아잔 미로는 말했다. 그는 이를 통해 TI의 고객이 더욱 쉽게 시스템을 설계할 수 있게 되기를 바란다고 덧붙였다.
